DE2850836C2 - Elektromagnetischer Geber - Google Patents
Elektromagnetischer GeberInfo
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- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
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Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Geber mit einer Induktionsspule und einem relativ zur
Spulenlängsachse beweglichen Permanentmagneten als träge Masse, der über eine Feder mit der Induktionsspule
mechanisch gekoppelt ist.
Derartige Geber sind hinlänglich bekannt und beispielsweise bei Christoph Rohrbach »Handbuch für
elektrisches Messen mechanischer Größen«, VDI-Verlag
1967, in dem Kapitel D 6.2. »Elektromagnetische Geber« beschrieben. Bei diesen Gebern ist das
Ausgangssignal, d. h. die induzierte Spannung, proportional zur Relativgeschwindigkeit zwischen der Induktionsspule
und dem Permanentmagneten. Daher können Geschwindigkeiten bzw. Geschwindigkeitsänderungem
mit elektromagnetischen Gebern direkt aus Beschleunigungskräften ohne Zwischenschaltung einer Integrationsstufe
ermittelt werden. Typische technische Gebiete, in denen beschleunigungsempfindliche Geber mit
derartigen Eigenschaften zur Anwendung kommen, sind beispielsweise elektrische Zündeinrichtungen für militärische
Flugkörper oder für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen. Bei diesen Auslösevorrichtunger. wird
der Aufschlag bzw. Aufprall eines größeren Körpers (Flugkörper bzw. Kraftfahrzeug) durch den Geber
erfaßt und in ein entsprechendes elektrisches Signal umgewandelt Da jedoch lediglich der eigentliche
Zielaufschlag bzw. unfallbedingte Aufprall zur Auslösung einer Zündeinrichtung führen soll, müssen andere
Ereignisse, welche ebenfalls zu Gebersignalen führen, z. B. das Berühren des Flugkörpers von Zweigen u. dgl.
bzw. kurze Schläge oder Stöße auf die Kraftfahrzeugkarosserie, unterdrückt werden. Dies wird beispielsweise,
wie in der DE-OS 22 22 038, durch eine Anzahl von
ίο elektrischen Bauteilen erreicht, welche lediglich Beschleunigungswerte,
die innerhalb eines durch obere und untere Schwellwerte begrenzten Bereiches liegende
Beschleunigungswerte erfassen und aufintegrieren. Die
danu erforderliche Elektronik ist vergleichsweise störanfällig.
Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, einen Geber insbesondere für Anwendungsgebiete der oben gc-nannten
Art zu schaffen, durch welchen auf ein Großteil der bisher erforderlichen Elektronik verzichtet werden
kann.
Diese Aufgabe wird erfmdungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Induktionsspule über eine zweite Feder und ein parallel dazu angeordnetes, der Federkraft der zweiten
Feder entgegenwirkendes Dämpfungselement mit einer Beschleunigungskräfte aufnehmenden Grundplatte verbunden
ist, und daß die Federkonstante der zweiten Feder größer ist als die der ersten Feder. Beschleunigungskräfte
wirken folglich nicht direkt auf die Induktionsspule, sondern indirekt über ein vorgeschaltetes
Feder-Dämpfungssystem. Gegenüber kurzen Beschleunigungsstößen verhält sich das System, bestehend
aus Induktionsspule, erster Feder und Permanentmagneten, als träge Masse bezüglich ihrer Wirkung auf die
zweite Feder und das Dämpfungselement Wirkt nun eine Beschleunigungskraft auf die Grundplatte, so wird
zuerst das Feder-Dämpfungssystem ungedämpft so weit komprimiert bzw. expandiert, bis die Federkraft die
Beschleunigungskraft kompensiert ük.r Weg, den das
System bestehend aus Induktionsspule, erster Feder und Permanentmagnet dabei relativ zur Grundplatte zurücklegt,
ist abhängig von den Maßen dieser Teile sowie der Länge und der Federkraft der zweiten Feder.
Während des Zeitraumes, in welchem das Feder-Dämpfungssystem komprimiert bzw. expandiert wird, wird
somit im Idealfall — d. h. unendlich steiler Beschleunigungsanstieg und keine Reibungsverluste — in der
Induktionsspule keine Spannung induziert. Fällt die Beschleunigung während dieses Zeitraumes wieder ab,
so wandert das System, bestehend aus Induktionsspule, erster Feder und Permanentmagnet, gedämpft durch
das Federdämpf'jngselement langsam wieder in die Ruhestellung zurück. Durch die Dämpfung der Rückbewegung
wird vermieden, daß es hierbei zu einer Relativbewegung zwischen der Induktionsspule und
dem Permanentmagneten kommt. Hält die Beschleunigungskraft auch über den vorher genannten Zeitraum
hin an, so wird auch die erste Feder belastet und es kommt zu einer entsprechenden Auslenkung des
Permanentmagneten relativ zur Induktionsspule.
Der erfindungsgemäße Geber reagiert also auf Beschleunigungsspitzen, ähnlich wie die in der vorher
genannten DE-OS beschriebene Auslösevorrichtung. Dies wird jedoch ohne ein elektronisches Bauteil
erreicht.
Definierte untere und obere Beschleunigungsschwellwerte, zwischen denen der Geber anspricht, werden
durch die Maßnahme gemäß Anspruch 2 bzw. 3 erreicht. In den Fällen, in denen der Geber zur Auslösung von
Zündeinrichtungen und dgl. dient, sollen in der Regel
nur Beschleunigungskräfte einer Bewegungsrichtung erfaßt werden. Dazu ist vorteilhafterweise die Induktionsspule
über eine Richtungsdiode mit einem Schwellwertschalter verbunden.
Eine Oberprüfung des Gebers oder der nachgeschalteten
elektrischen bzw. elektronischen Einrichtungen ist durch die Weiterbildung des erfindungsgemäßeii Gebers
gemäß Anspruch 5 oder 6 leicht durchführbar.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gebers sowie ein Beispiel für dessen Anwendung ist in
den nachfolgend beschriebenen Figuren schematisch dargestellt Es zeigt
F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines elektromagnetischen Gebers;
Fig.2 ein Anwendungsbeispiel des elektromagnetischen
Gebers mit einer Prüf- und einer Auswerteschaltung.
Bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird ein Magnet ί durch eine Zugfeder 2 auf eine
Abschlußplatte 3 eines zylindrischen Gehäuses 4 gezogen. Die Masse des Permanentmagneten 1 sowie
die Vorspannung der Zugfeder 2 bestimmen die Mindestbeschleunigung (Richtung 8) bei der der als
träge Masse wirkende Magnet von der Platte 3 abhebt Die träge Masse kann auch aus einem Permanentmagneten
und einer zusätzlich daran befestigten definierten Masse zusammengesetzt sein. Der Permanentmagnet
1 wird bei seiner Bewegung durch die zylindrische Wand des Gehäuses 4 geführt In die Wand des
Gehäuses 4, welches aus nicht magnetischem Material besteht, sind eine Induktionsspule 5 und eine Prüfspule
14 eingebettet Das Gehäuse 4 befindet sich in einem Führungsgehäuse 9, welches durch eine Grundplatte 12
einseitig abgeschlossen ist Das zylindrische Gehäuse 4 wird über eine zweite, den Gehäusedurchmesser
überragende Abdeckplatte 11 durch eine Zugfeder 10 in die Grundplatte 12 mit einer definierten Vorspannung
gedrückt. Ein die vorgenannten Teile umgebender zylindrischer Dämpfungskolben 13 wirkt parallel zur
Feder 10 zwischen den Platten 11 und 12. Der Dämpfungskolben wirkt nur gegen die Federkraft der
zweiten Feder, also nur, wenn sich die Platten 11 und 12
aufeinander zubewegen. Die entgegengerichtete Bewegung bleibt ungedämpft.
Für die Anwendung des Gebers zur Auslösung von Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen werden
die Federn 2 und 10 auf Werte vorgespannt, welche einen für eine Unfallsituauon typischen Beschleunigungsbereich
begrenzen. Die Feder 2 bestimmt dabei die Mindestbeschleunigung, z. B. 4 g, bei der der Geber
anspricht; kurzzeitige Beschleunigungen, z. B. über 20 g, werden aufgrund der entsprechenden vorgespannten
Feder 10 nur mit diesem Grenzwert auf den Permanentmagneten 1 übertragen. Die Dämpfung 13
verhindert dabei, daß nach dem Nachlassen derartiger Spitzenbeschleunigungen die an der Platte ii befestigten
Teile einschließlich des Permanentmagneten sofort zurückfedern und durch die Rückbeschleunigung der
Permanentmagnet 1 relativ zur Induktionsspule bewegt wird. Die Dämpfung kann dabei so eingestellt seift, daß
beispielsweise die Rückbeschleunigung einen Wert von kleiner 4 g nicht überschreitet
Bei dem in F i g. 2 gezeigten Anwendungsbeispiel ist der Geber G einerseits mit einer Prüfschaltung P und
andererseits über eine Richtungsdiode 24 und eine Freilaufdiode 25, einen Schwellwertschalter 21 mit
einem Zündgerät 22 verbunden. Im allgemeinen dürfte das Ausgangssignal der Induktionsspule 5 ausreichend
sein, um ohne weitere Verstärkung den Schwellwertschalter 21 unmittelbar ansteuern zu können. Bei
Erreichen einer bestimmten Geschwindigkeitsdifrerenz
wird durch das Signal der Induktionsspule 5 der Schwellwertschalter durchgeschaltet, welcher seinerseits
das Zündgerät 22 triggert, das seinerseits ein elektroexplosives Element oder eine pyrotechnische
Ladung 23 anfeuert
Es kann dem Schwellwertschalter 21 ein zweiter oder weiterer Schwellwertschalter mit anderen Schwellwertspannungen
parallelgeschaltet sein, die 'ihrerseits weitere Zündgeräte mit angeschlossenen eicktroexplosiven
Elementen anfeuern können. Hierzu kann es erforderlich sein, daß das Signal der Spule 5 über ein Filter von
Störfrequenzen befreit und über einen Verstärker verstärkt wird.
Wird nicht eine gewisse Geschwindigkeitsdifferenz als Auslösekriterium gewünscht sondern eine bestimmte
erreichte Wegstrecke, so kann dem Schwellwertschalter ein Integriergerät vorgeschaltet sein. Entsprechend
könnte durch Differentation des Ausgangssignals der Induktionsspule auch die Beschleunigung mit dem
erfindungsgemäßen Geber ermittelt und als Auslösekriterium verwertet werden.
Zur Prüfung der gesamten Einrichtung kann durch die Prüfspule 14 ein definierter Stromstoß geleitet werden.
Dieser induziert in der Induktionsspule 5 eine entsprechende Spannung. Hiermit kann ohne weiteren
Aufwand der elektrische Prüfkreis mit allen Schv-'ellwerten leicht getestet werden. Die Empfindlichkeit des
Permanentmagneten 1 und dessen Induktionssignal auf die Induktionsspule 5 läßt sich ohne Ausbau des Gebers
ebenfalls überprüfen. Dazu kann der Permanentmagnet 1 über ein Seil oder eine Stange 17 mit definierter
Geschwindigkeit und Amplitude aus der Ruhelage ausgelenkt werden. Bei entsprechender Umpolung der
Anschlüsse 6 und 7 kann die Überprüfung auch dadurch erfolgen, daß der Permanentmagnet langsam über eine
bestimmte Strecke aus seiner Ruhelage ausgelenkt wird und dann freigegeben wird.
Die Erzeugung eines Stromstoßes geschieht in der Prüfschaltung P, wo über einen Ladewiderstand 31 ein
Kondensator 32 aufgeladen wird, der seinerseits über einen Thyristor 33 oder einen diesem parallel geschalteten
mechanischen Schalter 34 mit den Anschlüssen 15 und 16 der Prüfspule 14 verbunden ist. Durch Zünden
des Thyristors 33 oder Schließen des Schalters 34 wird der Kondensator 32 über die Prüfspule 14 entladen.
Durch Änderung der Ladespannung oder durch Verwendung verschiedener Kapazitätswerte des Kondensators
32 lassen sich verschiedene Schwe||werte erzeugen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Elektromagnetischer Geber mit einer Induktionsspule und einem relativ zur Spulenlängsachse
beweglichen Permanentmagneten als träge Masse, der über eine Feder mit der Induktionsspule
mechanisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Induktionsspule (5) über eine zweite Feder (10) und ein parallel dazu angeordnetes,
der Federkraft der zweiten Feder entgegenwirkendes Dämpfungselement (13) mit einer Beschleunigungskräfte
aufnehmenden Grundplatte (12) verbunden ist, und daß die Federkonstante der zweiten
Feder (10) größer ist als die der ersten Feder (2).
2. Elektromagnetischer Geber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet
im Ruhezustand durch die erste Feder (2) auf einem mit der Induktionsspule (5) verbundenen Anschlag
(3) unter eine- definierten Vorspannung gehalten wird,
3. Elektromagnetischer Geber nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule
(5) Ober die zweite Feder (10) unter einer definierten Vorspannung auf der Grundplatte (12)
gehalten wird.
4. Elektromagnetischer Geber nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Induktionsspule (5) über eine Richtungsdiode (24) mit einem Schwellwertschalter (21) verbunden ist
5. Elektromagnetischer Geber nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet (1) eine Zug- oder Schubeinrichtung (17) aufweist, mit welcher dieser gegen die
Federkraft der ersten Feder (2) „js der Ruhelage
auslenkbar ist.
6. Elektromagnetischer Geber nach einem der Ansprüche I bis 5, gekennzeichnet durch eine
induktiv mit der Induktionsspule (5) gekoppelte Prüfspule (14), welche mit einer Einrichtung (P) zur
Erzeugung definierter Stromstöße verbunden ist.
Priority Applications (1)
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DE2850836B1 DE2850836B1 (de) | 1980-04-17 |
DE2850836C2 true DE2850836C2 (de) | 1980-12-11 |
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ID=6055430
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19782850836 Expired DE2850836C2 (de) | 1978-11-24 | 1978-11-24 | Elektromagnetischer Geber |
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---|---|
DE (1) | DE2850836C2 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3931050A1 (de) * | 1989-09-16 | 1991-03-28 | Bosch Gmbh Robert | Pruefeinrichtung fuer beschleunigungssensoren |
Families Citing this family (3)
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DE3030065A1 (de) * | 1980-08-08 | 1982-03-11 | Vdo Adolf Schindling Ag, 6000 Frankfurt | Einrichtung zur identifizierung einer drehbewegung |
DE4037485A1 (de) * | 1990-11-24 | 1992-05-27 | Deutsche Forsch Luft Raumfahrt | Sicherheitsfahrzeugzelle |
DE102014116209A1 (de) * | 2014-11-06 | 2016-05-12 | Ic - Haus Gmbh | Prüfschaltung zum Prüfen eines magnetischen Sensorelements |
-
1978
- 1978-11-24 DE DE19782850836 patent/DE2850836C2/de not_active Expired
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DE3931050A1 (de) * | 1989-09-16 | 1991-03-28 | Bosch Gmbh Robert | Pruefeinrichtung fuer beschleunigungssensoren |
Also Published As
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DE2850836B1 (de) | 1980-04-17 |
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